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摘要：本文基于TDoA（time difference of arrival）构建一套应用于家用网络摄像机的听声辨位系统，实时检测环境中的声响扰动，并将声源方位信息传递给摄像机主模块，以实现有限视角镜头的智能转向跟踪。
关键词：TDoA 听声辨位 中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：（2020）-08-150
一、引言
新一代的智能安防系统能够自动检测到各种突发情况，并在第一时间以多样化的形式反馈给用户，并自动采取合理的处理方式，从而使得人们在安防系统中的地位慢慢的转化为辅助角色。本文基于TDoA（time difference of arrival）构建一套应用于家用网络摄像机的听声辨位系统。
二、系统设计
项目所设计的听声辨位系统，作为家用安防像机的子模块，协助其实现异常声响及人声实时监测跟踪功能。系统实时监测环境中的任何风吹草动，若有扰动则自动计算其来源方位，并将空间角信息发送给摄像头主控CPU，后者据此信息作出判断，调整摄像头视场位置，对相应位置作跟踪拍摄。听声辨位与监控摄像的组合，突破了单摄像头视场角的限制，用户仅需安装一个摄像头就能实现对整个房间的立体监控覆盖。
设计系统硬件由360度旋转摄像头和底座两部分组成，底座侧面留有电源、以太网口等接口，传统的单音频输入孔也位于此处，若保持现有结构基本不变的情况下内置麦克风阵列，底座部分是比较合适的区域。摇头机底座外壳呈圆环形，横向剖面长度（直径）远大于其高度，为获得最远麦克风间距，将4个麦克风部署在以底座外壳为外切圆的正方形4个顶点上最为合理，如此构成平面四元十字阵列结构。4路麦克风信号经过模拟电路放大器，输出端分别接入微控制器的4个ADC通道，定位算法运行在该微控制器上，计算结果通过USART口发送给上位机。
本系统使用的麦克风阵列，技术指标方面要求灵敏度较高、拾音无方向性，对频响宽度没有苛刻的需求;同时很重要的一点，在保证基本参数达标的前提下，盡量控制成本。鉴于以上两点，选择一款适用在各类消费电子产品上的驻极体电容麦克风比较合理。前端采集的模拟电压信号必须通过采样、保持、量化电路，由连续波形转变为离散序列，这是A/D转换流程;对数字量使用数值计算的方法对其进行分析，这是数字信号处理流程;维护子模块与上位机的消息互通，并将其纳入主系统调度体系，这是后端处理流程。
三、结语
本文基于TDoA，构建一套应用于家用网络摄像机的听声辨位系统，实时检测环境中的声响扰动，并将声源方位信息传递给摄像机主模块，以实现有限视角镜头的智能转向跟踪。具备听声辨位功能的网络摄像机可以在不使用全景技术的条件下对监控区域360度全覆盖。为智能安防系统中基于TDoA的实时全区域听声辨位系统的研究与开发提供了参考。
参考文献
[1]Czarnecki K， Le？niak W. The synchros queezing method in bearing estimation of stationary signals for passive sonar with towed array [J]. Hydroacoustics， 2015， 18： 41-46.
[2]蒋东东. 基于被动声定位的大靶面弹着点坐标测量方法研究 [D]. 南京理工大学， 2011.
[3]Moreno-Salinas D， Pascoal A， Aranda J. Optimal sensor placement for acoustic underwater target positioning with range-only measurements [J]. IEEE Journal of Oceanic Engineering， 2016， 41（3）： 620-643.
作者简介：叶志斌 男 1989.12 浙江衢州 副教授 博士 光电检测 衢州学院
（1.衢州学院电气与信息工程学院 2. 杭州海康威视数字技术股份有限公司）
关键词：TDoA 听声辨位 中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：（2020）-08-150
一、引言
新一代的智能安防系统能够自动检测到各种突发情况，并在第一时间以多样化的形式反馈给用户，并自动采取合理的处理方式，从而使得人们在安防系统中的地位慢慢的转化为辅助角色。本文基于TDoA（time difference of arrival）构建一套应用于家用网络摄像机的听声辨位系统。
二、系统设计
项目所设计的听声辨位系统，作为家用安防像机的子模块，协助其实现异常声响及人声实时监测跟踪功能。系统实时监测环境中的任何风吹草动，若有扰动则自动计算其来源方位，并将空间角信息发送给摄像头主控CPU，后者据此信息作出判断，调整摄像头视场位置，对相应位置作跟踪拍摄。听声辨位与监控摄像的组合，突破了单摄像头视场角的限制，用户仅需安装一个摄像头就能实现对整个房间的立体监控覆盖。
设计系统硬件由360度旋转摄像头和底座两部分组成，底座侧面留有电源、以太网口等接口，传统的单音频输入孔也位于此处，若保持现有结构基本不变的情况下内置麦克风阵列，底座部分是比较合适的区域。摇头机底座外壳呈圆环形，横向剖面长度（直径）远大于其高度，为获得最远麦克风间距，将4个麦克风部署在以底座外壳为外切圆的正方形4个顶点上最为合理，如此构成平面四元十字阵列结构。4路麦克风信号经过模拟电路放大器，输出端分别接入微控制器的4个ADC通道，定位算法运行在该微控制器上，计算结果通过USART口发送给上位机。
本系统使用的麦克风阵列，技术指标方面要求灵敏度较高、拾音无方向性，对频响宽度没有苛刻的需求;同时很重要的一点，在保证基本参数达标的前提下，盡量控制成本。鉴于以上两点，选择一款适用在各类消费电子产品上的驻极体电容麦克风比较合理。前端采集的模拟电压信号必须通过采样、保持、量化电路，由连续波形转变为离散序列，这是A/D转换流程;对数字量使用数值计算的方法对其进行分析，这是数字信号处理流程;维护子模块与上位机的消息互通，并将其纳入主系统调度体系，这是后端处理流程。
三、结语
本文基于TDoA，构建一套应用于家用网络摄像机的听声辨位系统，实时检测环境中的声响扰动，并将声源方位信息传递给摄像机主模块，以实现有限视角镜头的智能转向跟踪。具备听声辨位功能的网络摄像机可以在不使用全景技术的条件下对监控区域360度全覆盖。为智能安防系统中基于TDoA的实时全区域听声辨位系统的研究与开发提供了参考。
参考文献
[1]Czarnecki K， Le？niak W. The synchros queezing method in bearing estimation of stationary signals for passive sonar with towed array [J]. Hydroacoustics， 2015， 18： 41-46.
[2]蒋东东. 基于被动声定位的大靶面弹着点坐标测量方法研究 [D]. 南京理工大学， 2011.
[3]Moreno-Salinas D， Pascoal A， Aranda J. Optimal sensor placement for acoustic underwater target positioning with range-only measurements [J]. IEEE Journal of Oceanic Engineering， 2016， 41（3）： 620-643.
作者简介：叶志斌 男 1989.12 浙江衢州 副教授 博士 光电检测 衢州学院
（1.衢州学院电气与信息工程学院 2. 杭州海康威视数字技术股份有限公司）